304奥氏体不锈钢以其良好的使用性能被广泛应用于生产和生活中,全球镍资源的紧张使其在使用上受到限制。443铁素体不锈钢含有极少量镍,被认为是奥氏体不锈钢的良好替代品。铁素体奥氏体异种不锈钢金属的连接将发挥两种不锈钢金属的各自优势,实现资源的充分利用。TIG-MIG复合焊是一种高效低热输入的新型焊接方法,且焊接成本低,不同于传统电弧焊,TIG-MIG复合焊的电弧形态与熔滴过渡方式及其产生机制尚不明确。根据相关研究,在焊接过程中,双层保护气氛对于电弧稳定性、熔滴过渡以及焊接质量等具有促进作用。氮是一种强奥氏体化形成元素,因此在奥氏体或者双相钢焊接中在保护气中添加一定量的N2可以实现氮向被焊金属的过渡,不仅可以提高焊缝奥氏体相含量,同时对铁素体热影响区的冲击韧性的提高具有促进作用。本文首先借助高速摄像系统和电信号采集系统对焊接电流、电压、钨极-试板高度、钨极-焊丝距离和保护气氛等不同焊接参数下的TIG-MIG复合焊的电弧形态与熔滴过渡方式进行捕捉,并对其导电通道以及熔滴受力进行分析。然后根据焊接稳定性的对比分析,实施不同保护气氛和焊接速度下的异种钢不开坡口对接实验,对其接头形貌、显微组织和力学性能进行分析。研究结果表明,随着焊接电流增大,熔滴过渡周期和尺寸减小,260A电流时出现“流水状”喷涌过渡;电压增大,电弧体积和亮度增加;钨极-试板高度降低,熔滴过渡稳定性差,双电弧耦合性降低,钨极-试板高度增加后熔滴过渡模式表现为混合过渡,熔滴指向性差,钨极-焊丝距离增大后,焊接电弧为单电弧,熔滴过渡频率缓慢;Ar+N2双层保护气氛下,电弧收缩明显。双电弧状态下,焊接电流经过焊丝端一分为二流回焊接电源负极;单电弧时,电流流经熔融焊丝端与母材接触位置后穿过GTA流向钨极,返回焊接电源负极。与传统电弧焊相比,弧根作用在熔滴上的面积增加,并增强其电磁收缩力;双层保护气氛提高等离子流力推动熔化的金属向焊接熔池过渡。滴状细颗粒过渡更有利于促进TIG-MIG复合窄间隙焊异种钢焊接获得良好的焊接接头形貌。接头形貌表明,当试板间隙为1.2mm时,正面与背面焊缝成型差。继续增大试板间隙发现,若试板为1.5mm和1.8mm,焊缝接头形貌均良好。双层保护气氛促进焊接过程中熔池向试板间隙下方流动,促进焊缝成型。双层保护气氛下焊接接头获得更小的焊缝熔宽、余高和更宽的焊缝中部宽度。接头显微组织表明,304热影响区组织未发生明显长大,443热影响区组织晶粒尺寸粗化严重;纯氩气保护气氛下,焊缝组织为奥氏体+骨骼状δ铁素体构成的的双相组织,双层保护气氛下,焊缝组织为奥氏体+蠕虫状δ铁素体双相组织,且奥氏体相比例增加,443热影响区组织晶粒尺寸有一定降低。硬度测试表明,与母材硬度相比,443热影响区显微硬度下降,304一侧变化不大;双层保护气氛下焊缝区硬度下降,443热影响区显微硬度较纯氩单层气氛下略有提高。焊接接头的拉伸试样断裂位置基本位于443铁素体不锈钢母材上。双层保护气氛下所获得的焊接接头焊缝区和443热影响区具有更高的冲击吸收功,304一侧热影响区变化不大。